Применение платформы Arduino для регистрации ветровых волн

В. Е. Смолов, А. Ф. Розвадовский✉

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: rozvadovsky@yandex.ru

Аннотация

Цель. Целью работы является описание разработки устройства регистрации ветровых волн на основе платформы Arduino для волнографа Морского гидрофизического института РАН, установленного на океанографической платформе в пгт Кацивели. Устройство предназначено для записи и хранения данных волнографа в автономном режиме, при этом обеспечивается защита от скачков и перепадов напряжения питания, а также защита от воздействий внешней среды (пыль, влага, перепады температуры).

Методы и результаты. Представлены два варианта реализации устройства регистрации на основе платформы Arduino – для одно- и шестиструнного волнографов. Описаны их аппаратная и программная части, приведены блок-схема используемых программных алгоритмов и схемы электрических соединений. Особое внимание уделено стабильности работы устройств – непрерывности чтения, записи и хранения данных, а также синхронизации полученных результатов со временем регистрации. Приведен пример регистрации возвышений морской поверхности в течение года.

Выводы. Описаны разработка, реализация и тестирование устройства регистрации ветровых волн на основе платформы Arduino. Начиная с 2015 г. функционирование устройств показало их высокую эффективность, надежность и стабильность работы в автономном режиме с минимальными рисками потери информации о результатах измерений.

Ключевые слова

регистрация и хранение данных, платформа Arduino, морские волнографические измерения, океанографическая платформа в пгт Кацивели

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 0827-2019-0004 «Комплексные междисциплинарные исследования океанологических процессов, определяющих функционирование и эволюцию экосистем прибрежных зон Черного и Азовского морей». Авторы выражают благодарность В. В. Малиновскому и В. А. Дулову за обсуждение работы и полезные замечания, Е. В. Скибе – за помощь в обработке исходных данных.

Для цитирования

Смолов В. Е., Розвадовский А. Ф. Применение платформы Arduino для регистрации ветровых волн // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 4. С. 467–479. EDN AKIIBG. doi:10.22449/0233-7584-2020-4-467-479

Smolov, V.E. and Rozvadovskiy, A.F., 2020. Application of the Arduino Platform for Recording Wind Waves. Physical Oceanography, 27(4), pp. 430-441. doi:10.22449/1573-160X-2020-4-430-441

DOI

10.22449/0233-7584-2020-4-467-479

Список литературы

  1. Goda Y. Random seas and design of maritime structures // Advanced Series on Ocean Engineering. Vol. 15, Singapore : World Scientific Publishing Co., 2000. 443 p.
  2. Young I. R. Wind Generated Ocean Waves // Elsevier Ocean Engineering Series. Vol. 2. Amsterdam : Elsevier, 1999. 287 p.
  3. Massel S. R. Ocean Surface Waves. Their Physics and Prediction. Singapore : World Scientific Publishing Co., 2013. 800 p. (Advanced Series on Ocean Engineering ; Vol 36).
  4. Ветровые волны в прибрежной зоне Южного берега Крыма – оценка качества моделирования на основе морских натурных измерений / М. В. Шокуров [и др.] // Океанология. 2016. Т. 56, № 2. С. 230–241. doi:10.7868/S0030157416020192
  5. Yurovsky Yu. Yu., Dulov V. A. Compact low-cost Arduino-based buoy for sea surface wave measurements // Progress in Electromagnetics Research Symposium. Singapore. 2017. P. 2315–2322. doi:10.1109/PIERS-FALL.2017.8293523
  6. Структура и происхождение подводного плюма вблизи Севастополя / В. Г. Бондур [и др.] // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11, № 4. С. 42–54. doi:10.7868/S2073667318040068
  7. Модуляция обрушений длинными ветровыми волнами // Моря России: фундаментальные и прикладные исследования : Тезисы докладов всероссийской научной конференции. г. Севастополь, 23–28 сентября 2019 г. / А. Е. Кориненко [и др.]. Севастополь : ФГБУН ФИЦ МГИ, 2019. С. 350–351. URL: http://conf.mhi-ras.ru/news/2019/9/tezisy_dokladov_2019/morya_rossii-2019_tezisy.pdf (дата обращения: 16.07.2020).
  8. Retrieval of the Statistical Characteristics of Wind Waves From the Width and Shift of the Doppler Spectrum of the Backscattered Microwave Signal at Low Incidence Angles / M. Panfilova [et al.] // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2020, Vol. 58, iss. 3. P. 2225–2231. doi:10.1109/TGRS.2019.2955546
  9. GNSS Reflectometry of the Black Sea Level in the Experiments at the Stationary Oceanographic Platform / A. M. Padokhin [et al.] // Moscow University Physics Bulletin, 2018, Vol. 73. P. 422–427. doi:10.3103/S0027134918040112
  10. Ground-to-Space Monitoring of Anthropogenic Impacts on the Coastal Zone of the Crimean Peninsula / V. G. Bondur [et al.] // Physical Oceanography. 2020. Vol. 27, iss. 1. P. 95–107. doi:10.22449/1573-160X-2020-1-95-107

Скачать статью в PDF-формате